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汽车存储的全产业链国产闭环新时代

时间:2022-05-09 08:23:55 作者:邵乐峰 阅读:
从设计研发、生产制造到封装测试所有环节,兆易创新38nm SPI NAND Flash—GD5F系列实现了全产业链的国产闭环,极大程度上填补了国产大容量车用存储器的空白。
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继2019年3月首次宣布旗下GD25全系列SPI NOR Flash产品完成AEC-Q100认证之后,时隔3年,兆易创新日前再度宣布其全国产化38nm SPI NAND Flash—GD5F系列通过AEC-Q100车规级认证,可为车载网关、EDR、智能驾舱、Tbox等应用提供大容量、高性价比的解决方案。

“我们这次发布的SPI NAND系列,最主要的优势其实还是落在‘性能可靠’和‘供应链稳定’这两方面。”兆易创新汽车产品部执行总监何芳在接受《电子工程专辑》独家专访时,从两方面对此进行了解读:一是与读取更快,可靠性更高的NOR Flash相比,NAND Flash更容易出现位翻转(error bit)现象,但基于内置的ECC纠错模块处理和兆易创新长期以来在NAND SPI的积累,GD5F系列能够很好的解决用户在车载应用中遇到的各种问题;二是GD5F系列从设计研发、生产制造到封装测试所有环节,实现了全产业链的国产闭环,极大程度上填补了国产大容量车用存储器的空白。

性能方面,GD5F系列包含GD5F1GQ5/GD5F2GQ5/GD5F4GQ6产品,使用成熟的38nm制程工艺,采用WSON8 8mm x 6mm少引脚、小型化封装,可在狭小空间内提供1Gb-4Gb容量的选择。同时,内置ECC纠错模块,在保留NAND成本优势的前提下,极大提高了产品的可靠性,并且在-40℃~105℃的宽温度范围内,可实现高达10万次的擦写性能。

存储,汽车业的新热点

随着自动驾驶、车联网和新能源汽车的发展,传感数据融合的算力需求增加,伴随着OTA及SOC的使用,对大容量(3D NAND/UFS/DRAM)、小容量高可靠性(NOR)汽车存储解决方案的需求与日俱增,成为存储芯片中引人关注的新兴增长点和决定市场格局的重要力量。

汽车存储市场高速增长背后的驱动力是多方面的:例如,为了确保汽车具备更强的环境感知能力,越来越多的传感器和MPU被集成到系统中,汽车电子各功能单元的数据、程序存储都需要更高性能的闪存;汽车行业智能化、网联化的演进,让SOTA(软件在线升级)、MaaS(出行即服务)得以实现,从而对车载存储的程序和处理的数据量提出更多新需求;此外,车载电子的复杂度和空间紧凑性需求也在不断增加,让“少接口,高容量,且小型化”的芯片逐渐受到车厂的青睐……这些都对非易失性存储器件形成了海量的增长需求。

何芳援引相关分析机构的数据称,2021年,汽车存储占据汽车半导体市场的7%,其中大容量DRAM和大容量NAND占据八成以上份额,典型应用包括在以OTA方式获得软件更新后,通过DRAM分解到不同的子系统中。与此同时,NOR闪存的需求量也同自动驾驶等级的提升成正相关趋势——L2级别时,ADAS系统大约需要2-3颗NOR闪存,而到了L2+及以上级别,NOR数量就会增加至8-16颗甚至更多,分别用于信息安全、相关系统快速触发启动等多个不同任务中。

如果继续细分,考虑到NOR闪存的优点是高速随机读取性能优异,可靠性高,但容量相对较小,单位存储容量成本高,大多用于智能座舱、ADAS传感器融合(Sensor Fusion)、ADAS域(ADAS Domain)、各类型传感器(摄像头、毫米波雷达、激光雷达、超声波)、电池管理系统等高性能、高可靠性的关键系统中。

而对NAND闪存来说,将有望在汽车事件数据记录系统(Event Data Recorder, EDR)这样的应用场景中获得青睐。

EDR也被称之为汽车行业的“黑匣子”,是由一个或多个车载电子模块构成,具有监测、采集并记录碰撞事件发生前、发生时和发生后车辆和乘员保护系统的数据功能的装置或系统,能有效还原事故发生前后的真实状态,可避免事故发生后相关方责任界定不清的问题。

根据强制性国家标准《汽车事件数据记录系统》(GB 39732-2020)的规定,自2022年1月1日起,中国国内所有新生产的乘用车都将强制要求配备EDR,或者符合规定的DVR(车载视频行驶记录系统)。

“在EDR这样更强调失效追踪记录,与驾驶安全并无直接强相关的应用中,单位容量大,性价比更好的NAND器件就成为首选。”何芳表示,同样是存储器件,汽车电子和消费类电子对性能和可靠性的要求大不相同,对供应商的考验更大,GD5F系列能在符合AEC-Q100标准的基础之上了解汽车应用的需求快速开发出适配新需求的NAND,也从一个侧面体现出了兆易创新在汽车领域的技术底蕴。

敞开大门到赢得尊重

兆易创新自2014年以来开始布局汽车行业,按照何芳的说法,尽管车规级NOR和SPI NAND市场并不是特别大,但兆易创新一直在车规产品上布局并优化。目前,相关产品在英伟达、高通、Mobileye、NXP、TI等主芯片平台上已经或正在得到验证,特别是NOR Flash,兆易已经是全球领先者。

平心而论,能做到这一点其实已经很不容易了,但如果仅做到这一点,似乎又无法对何芳的说法提供足够有力的支撑。那么,兆易创新的核心竞争力具体体现在哪里?整车厂会不会仍然视兆易创新为初出茅庐的新军?如何打消整车厂对公司在产品、供货、支持等方面的种种顾虑?在与《电子工程专辑》探讨上述话题时,何芳从以下四方面进行了解读:

  • 确保对供应链的运转流畅

对存储产业来说,最核心之处在于身处的产业链是不是能够实现上下游贯通?当受到外部不确定因素影响时,会不会出现供货或者是供应链的断层?因此,对芯片公司而言,如何确保供应链的完整成为首要考虑的因素,对汽车芯片公司来说则更是如此。众所周知,汽车行业往往需要供应商提供十年以上的供货保障承诺,一个供应链不太稳定的芯片厂,无论从成本投入还是从供应链管理角度来说,都不会受到认可。过去一两年里出现的“缺芯”现象,更加重了整车厂的这种认知。

何芳认为,如果仔细去梳理整个产业链,汽车缺芯的原因并不在IC设计公司,而是产能的限制等。“为什么相对来说选择中国全产业链闭环是比较安全的?”她指出,其一,可以最大程度排除地缘政治的影响;其二,55nm以上制程工艺在国内有着丰富的资源,兆易创新甚至可以在不同的晶圆厂之间灵活调配产能;其三,作为一家国内领先的芯片设计公司,兆易创新有责任与中国的IC设计公司、晶圆厂、封测厂、Tier1、主机厂一起形成闭环,共同将来自外部的干扰降到最低。同时,冗余的供应链设计,会让GD更从容的面对突发事件。

  • 高可靠性

虽然NOR在汽车市场中的体量不如 DRAM/UFS NAND,但考虑到它直接应用在ADAS、摄像头、雷达等不光对读取速度要求很快而且对功能的安全性与可靠性要求极高。数据显示,在汽车半导体中,MCU产品的平均PPM(百万分之失效率)要做到<0.5PPM,兆易创新的NOR是用零缺陷(Zero Defect)的标准来严格管控品质的。

  • 长链生态系统的打造

汽车行业相对而言比较封闭,整车厂在面对系统层面出现的问题时,需要与自己的生态伙伴之间形成极其复杂,但同时又极其稳固的合作关系,共同面对来自硬件、软件、算法、ISO26262/AUTOSAR标准认证等多方面的挑战。作为芯片厂商,就必须要在充分了解系统和应用知识的前提下,和主芯片商、系统集成商、算法供应商、主机厂保持长期战略合作,一起形成合力,建立起适合相关应用的信息安全和功能安全机制,实现从芯片到系统的融合。

另一方面,近年来,以“蔚小理”为代表的造车新势力迅速崛起,它们在技术上的迭代越来越快,要求与之相关的半导体供应商和它能提供的产品规划路线图迭代速度也能保持一致。因此,对兆易创新这样具备研发、设计、验证、测试、运营、应用全链条能力的中国厂商来说,将能够更加有效的帮助国产主机厂、Tier1实现技术上的快速突破。

夯实“感存算控”的新系统基石

存储、控制与传感是兆易创新的一贯强项,但近些年来,兆易创新开始逐步构建“感存算控连”的新系统,希望通过更全的产品布局、更细分的解决方案,打造差异化的市场竞争优势。

例如,在令人瞩目的车规级MCU市场,兆易创新也在积极推进40nm车规级MCU产品的量产。接下来,根据规划,兆易创新将围绕新能源、ADAS和智能座舱三大汽车增量市场,以MCU为中心,覆盖重点应用的系统需求,提供多芯片联动优势,降低用户使用门槛,增强用户使用粘性。

“如果仔细观察,我们会发现一件在消费电子领域司空见惯的事情,已经悄悄转移到了汽车领域,这就是硬件预埋,当前激光雷达普遍上车就是典型案例。”何芳告诉记者,这种趋势提醒兆易创新,要尽快学会如何打通从MCU等芯片的嵌入式软件,到客户应用端软件,通过统一的ISO26262/AUTOSAR的标准与流程,加速实现产业链化的需求。同时,为了减少用户的研发成本投入,加速其产品迭代,兆易创新今后还会开发更多轻量级软件,并加大在应用端和软件工具链方面的投入力度。 

“其实作为全球第三大NOR Flash供应商,目前已经很少有用户还将兆易创新视作‘新人’,毕竟我们的产品已经广泛应用在多家智能座舱、ADAS、新能源汽车(BMS/OBC/DCDC)解决方案中,从这个角度来看,兆易创新已经是一家具备国际声誉的中国芯片厂商了。”何芳说,GD25和GD5F系列的推出只是“冰山一角”,未来,兆易创新还将围绕中国和世界主流的Tier1和主机厂,面向功能安全、信息安全、ADAS传感器融合、新能源汽车中的更多细分领域,推出更多类型的产品组合,成就主机厂的差异化创新之路。

结语

不难预见,随着少数国内玩家率先打破国际大厂的市场垄断,越来越多的国产厂商将会推出符合车规要求的半导体产品。而随着应用驱动、技术突破、政策助力、供应链上下游形成完整闭环,又会反过来营造更加繁荣的市场环境,吸引更多有研发实力的科技企业涌入,最终形成可观的自主产业力量。

从今往后的5-10年,将会是国内汽车半导体突围的黄金时代。因此,也希望借助本篇文章,将这份理想和信念传递给每一位中国集成电路产业的参与者。

责编:Lefeng.shao
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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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